Durchbrechen der Eihülle: Penetration des Spermiums und Schlüpfen des Embryos

• Antragstellerin: Eileen Fahrenkamp, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Reproduktionsmedizin, Urologie ; Strukturbiologie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 403724158

Um eine Eizelle befruchten zu können, muss das Sperma die Eihülle, die Zona pellucida (ZP), durchdringen. Zum anschließenden Einnisten in die Gebärmutter, muss der Säugerembryo aus der ZP schlüpfen, welche ihn während des Transports durch den weiblichen Geschlechtstrakt schützt. Somit gibt es zwei Zeitpunkte während der Entstehung und Entwicklung eines Embryos, in denen die Lyse der ZP und die dazu gehörigen Enzyme essentiell sind, um die Entstehung von neuem Leben zu ermöglichen. Unterstützende Fortpflanzungstechnologien (assisted reproductive techniques, ART) werden mittlerweile täglich im Menschen angewendet. In den meisten Fällen wird das Spermium direkt in die Eizelle injiziert (intracytoplasmic sperm injection, ICSI), anstatt eine Standard-in vitro Befruchtung (in vitro fertilisation, IVF) durchzuführen. Zusätzlich wird das Schlüpfen der Blastozyste oft unterstützt (assisted hatching, AH), um die Implantationsrate zu steigern. In beiden Fällen benötigt man schädigende mechanische, chemische oder laser-vermittelte Technologien. Somit schlägt ART of fehl und aus ethischen Gründen ist es nahezu unmöglich im Menschen Fortpflanzungsstörungen zu untersuchen. Um diese ethischen Aspekte zu umgehen, wurden sogenannte humanisierte Mäuse entwickelt. Eizellen dieser Mäuse besitzen humane ZP Proteine anstatt der murinen. Diese Eizellen werden genutzt, um Interaktionen zwischen humanen ZP Proteinen und humanen Spermien zu untersuchen und so zusätzliche Informationen über humane Befruchtungsstörungen gewinnen zu können. Ich werde die Funktion von zonalysierenden Enzymen, indem ich sowohl Mausembryonen als auch rekombinante Expressionssysteme verwende. Ich plane Akrosin (ein zonalysiernedes Enzym aus Spermien) in Säugerzellen zu produzieren, aufzugeinigen und dessen Aktivität zu testen. Zusätzlich möchte ich Transkriptom- sowie Proteomanalysen in Mauseizellen und Blastozysten durchführen, um schlussendlich das Hatchingenzym von Säugern zu entdecken. Dieses potentielle Hatchingenzym wird ebenfalls produziert, aufgereinigt und die enzymatische Aktivität getestet. Um ein detaillierteres Verständnis dieser Moleküle zu erlangen, werde ich die Struktur dieser zonalysierenden Enzyme allein, oder im Komplex mit deren entsprechendem Substrat, durch Röntgenkristallography ermitteln. Abschließend möchte ich die zonalysierenden Proteine verwenden, um des Schlüpfen der Blastozyste zu unterstützen und mit bereits existierenden Methoden vergleichen. Ich bin überzeugt, dass die Verwendung eines reinen Enzyms während einer künstlichen Befruchtung eine wesentlich sanftere und spezifischere Methode ist, um der Blastozyste das Schlüpfen zu erleichtern und den Implantationserfolg zu verbessern. Darüber hinaus denke ich, dass der Austausch von zusätzlichen Proteinen in den humanisierten Eizellen nötig ist, um das aktuelle Modellsystem zu optimieren und die humane Fortpflanzung besser darstellen zu können.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Schweden
• Gastgeber: Professor Dr. Luca Jovine